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Motores eléctricos de tracción




Enviado por Pablo Turmero



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    1 TIPOS DE MOTORES PARA AUTOMÓVILES ELÉCTRICOS El
    tipo de motor eléctrico más empleado en
    tracción de automóviles eléctricos es el de
    corriente continua, ya que es de fácil regulación.
    La regulación puede ser clásica con resistencias,
    por troceador o por puente rectificador controlado. Estas dos
    últimas son electrónicas y se emplea una u otra
    según el tipo de alimentación. La mayor desventaja
    de los motores de corriente continua es su elevado costo de
    mantenimiento. Dentro de los motores de corriente alterna, el
    más usado es el asíncrono, trifásico y
    monofásico. Actualmente se regulan electrónicamente
    regulando la tensión y la frecuencia de la
    alimentación por medio de onduladores semicontrolados. Los
    motores síncronos necesitan un ondulador totalmente
    controlado en el inducido y puente rectificador en el inductor.
    Al ser necesario controlar exactamente la frecuencia de
    alimentación, su regulación es difícil,
    siendo poco usado. Existen otros tipos, como el motor lineal, que
    solo tienen aplicación en el campo de la
    experimentación.

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    2 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Este motor permite varias
    conexiones : 1. Excitación independiente. 2.
    Excitación derivación (shunt). 3. Excitación
    serie. 4. Excitación compuesta (compound). Las ecuaciones
    generales que definen el comportamiento de un motor de corriente
    continua, independientemente del tipo de excitación,
    son : E = K·N· ? (5.1) E = fuerza
    contraelectromotriz. M = K1 · I · ? (5.2) K =
    constante del motor para la fuerza electromotriz. N =
    número de vueltas por minuto. ? = flujo magnético
    inducido. U = E + I · r (5.3) M = Par mecánico del
    motor. E = U – I · r (5.4) K1 = constante del motor para
    el par. (5.5) I = intensidad de inducido. La tensión U que
    se aplica al motor es contrarrestada por la fuerza
    contraelectromotriz y las pérdidas
    óhmicas (Ec. 5.3).

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    2.1 CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LOS MOTORES DE CORRIENTE
    CONTINUA. MOTOR EXCITACIÓN SERIE. Siendo: I = Intensidad N
    = Nº de r.p.m. del motor M = Par motor Estas curvas se
    deducen de las ecuaciones fundamentales de los motores de
    corriente continua. Al tratarse de un motor de excitación
    serie la intensidad que pasa por el inducido es la misma que la
    del inductor, y conforme ésta se incrementa lo hace
    también el flujo ?, en consecuencia disminuye el
    número de vueltas del motor como se observa en la figura.
    En cuanto a la curva M (I) se deduce de M = K1 · I
    · ?, y por último la curva M (N) se obtiene por
    puntos de las dos anteriores.

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    2.2 MOTOR EXCITACIÓN SHUNT Estas curvas
    características coinciden prácticamente con las de
    los motores de excitación independiente fijo ya que ambos
    casos son muy similares. La curva I (N) se convierte de esta
    forma en una recta vertical ya que al ser independiente la
    tensión de inducido y de inductor, el flujo permanece
    prácticamente constante. Por este mismo motivo la curva M
    (I) tiene menos pendiente que en los motores de excitación
    serie, ya que ahora un incremento de intensidad en el motor no
    supone un aumento del flujo.

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    2.3 MOTOR COMPOUND La característica M (N) de un motor
    compound se deduce de las del Shunt, debido al efecto de la parte
    de inductor montada en serie, y es más inclinada que la
    del Shunt, debido al efecto de la parte de inductor montada en
    serie. Comparación de la característica
    mecánica de tres tipos de motores.

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    2.4 COMPARACIÓN DE LOS DIFERENTES TIPOS El motor
    derivación no tiene aplicación en tracción
    eléctrica debido a su característica
    “dura” de velocidad. El motor de excitación
    independiente fija tiene características similares. El
    motor Compound tiene un margen de regulación de velocidad
    superior, pero el más apropiado es el motor serie. En la
    actualidad se emplean motores serie con regulación
    reostática y motores de excitación independiente
    variable con regulación electrónica.

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    MOTOR SERIE: Elevado par de arranque. Disminución de
    velocidad y aumento de par en pendientes ascendentes. Facilidad
    de control, control por amplitud, troceadores… Problema en las
    escobillas

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    MOTOR BRUSHLESS.  
    -        
    Supresión de escobillas.
    -         Libre de
    mantenimiento. -        
    Control electrónico necesario. – Muy popular en
    automóviles eléctricos e híbridos.
    Tensión nominal: 96V. Potencia : 1100W. Velocidad 1100
    rpm. Velocidad lineal: 75Km/h. Diám. llanta: 16” .
    Helios.

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    MOTORES PASO-PASO.  
    -         Par elevado en
    el arranque. -        
    Control de giro muy preciso.
    -         Amplio rango de
    regulación.
    -         Control
    electrónico avanzado. – Motores de un solo paso. 1 Pulso
    – 1 Revolución.

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    MOTORES RUEDA. -       
    Tracción directa. – La llanta es el motor. –
    Supresión del diferencial.
    -         Régimen
    de giro muy bajo.
    -         Muy
    silenciosos. -        
    Electrónica compleja. COMPARACIÓN CON ELSISTEMA DE
    TRACCIÓN HÍBRIDA DE TOYOTA THS II.

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    (Gp:) Tensión / Potencia (Gp:) R.P.M. (Gp:) Velocidad
    (Gp:) Par (Gp:) Diam. Llanta. (Gp:) 48V/1500W (Gp:) 444-719 (Gp:)
    35-55 Km/h (Gp:) 19.9-32.2 Nm (Gp:) 10" (Gp:) 48V/2000W (Gp:)
    571-915 (Gp:) 45-70 Km/h (Gp:) 20.9-33.4 Nm (Gp:) 10" (Gp:)
    48V/2500W (Gp:) 571-915 (Gp:) 45-70 Km/h (Gp:) 26.1-41.8 Nm (Gp:)
    10" (Gp:) 48V/3000W (Gp:) 571-915 (Gp:) 45-70 Km/h (Gp:)
    31.1-50.1 Nm (Gp:) 10" MOTORES RUEDA.

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    Motor rueda de GM .  Control electrónico de los 2
    motores rueda. MOTORES RUEDA.

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    Chevrolet S-10. 2 motor-ruedas de 25Kw cada una. Llanta de
    16” Par mecánico: 105 Nm. R.P.M. : 1400 MOTORES
    RUEDA.

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    3 MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA En los motores de corriente
    alterna se pueden distinguir los siguientes tipos : –
    Motores síncronos. – Motores asíncronos de anillos
    rozantes. – Motores de jaula de ardilla. La ecuación de la
    velocidad de sincronismo de un motor de corriente alterna es: n1
    = (5.10) Siendo : n1 = velocidad de sincronismo (r.p.m.). f1
    = frecuencia de la red (Hz). p = número de pares de
    polos.

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    Los motores síncronos giran siempre a la velocidad de
    sincronismo. Por esto, para regular su velocidad, se debe
    controlar la frecuencia de alimentación o, más
    raramente, el número de polos. La velocidad de un motor
    asíncrono es algo menor que la velocidad de sincronismo.
    La relación es la siguiente : (r.p.m.). (5.11)
    Siendo : n = velocidad del motor (r.p.m.). s = deslizamiento
    (en %). El deslizamiento depende de la carga y es otro factor que
    podemos controlar para regular la velocidad de un motor
    asíncrono. El par de un motor asíncrono tiene la
    siguiente expresión : M ? k · ? · I2
    (N.m) (5.12) U = k’ · W · f · ? (V)
    (5.13) Siendo : I2 = Intensidad rotórica. W = Nº
    de espiras. ? = Flujo.

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    La potencia eléctrica en el entrehierro es la
    siguiente : (W) (5.14) La potencia mecánica
    suministrada tiene la siguiente expresión : (W)
    (5.15) La diferencia PL – P2 se disipa como potencia
    eléctrica de pérdidas en el circuito
    rotórico (Pr). Pr = PL – s (5.16) Un método de
    aumentar el deslizamiento s es intercalar resistencias en el
    circuito rotórico para aumentar Pr. Otro método de
    controlar el deslizamiento es inyectar corriente continua en el
    rotor. Estos métodos sólo pueden aplicarse en
    motores de anillos rozantes.

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    Los motores de corriente alterna más usados en son los de
    jaula de ardilla. La única forma de regularlos
    completamente es controlando la tensión y la frecuencia de
    la alimentación. Son los más robustos y no
    requieren manteniendo alguno. Las gráficas I – n y M – n
    de un motor de jaula de ardilla de 975 r.p.m. son las que
    aparecen seguidamente. Al disminuir la frecuencia las curvas se
    comprimen proporcionalmente en la ordenada de velocidad. Al
    disminuir la tensión se comprimen en la ordenada de par e
    intensidad.

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    MOTORES ASÍNCRONOS.   – Jaula de Ardilla o de rotor
    bobinado. – Robustez mecánica y eléctrica. –
    Conversión frecuencia / tensión, PWM, SPWM… Motor
    trifásico de jaula de ardilla.

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    MOTORES DE RELUCTANCIA VARIABLE.  
    -         Reducido
    tamaño. -        
    Par de arranque muy elevado. – Control electrónico
    necesario. Rotor de motor de reluctancia conmutado.

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    ——– 23.5 Kw. ——– 18.5 Kw. ——– 22 Kw. ——–
    22Kw. CURVA DE PAR-VELOCIDAD.

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    COMPARATIVA Ventajas e inconvenientes de los diferentes tipos de
    motores. Corriente continua: Ventajas:  
    -         Sencillez en
    electrónica de control.
    -         Sistemas de
    control económicos y precisos. Inconvenientes:  
    -         No son libres
    de mantenimiento.
    -         Mayor peso y
    volumen para misma potencia y par que su correspondiente en
    corriente alterna.

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    Corriente alterna: Ventajas:  
    -         Robustez
    mecánica y eléctrica.
    -         Reducido peso.
    -         Precio.
    Inconvenientes:  
    -        
    Electrónica de potencia, control menos preciso.
    COMPARATIVA

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    4 FUTUROS DESARROLLOS.
    -         Sistemas de
    tracción directa.
    -         Fiabilidad de
    los motores, libres de mantenimiento.
    -         Conectividad
    entre vehículos para su recarga. Tzero de GM con modulo
    AC-150 Motor de inducción de 50Kw. Par mecánico,
    220Nm. Velocidad nominal: 5000 Rpm. Cargador externo autoportante
    Compuesto por un conjunto Motor Generador.

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    5 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE MOTORES PARA
    AUTOMÓVILES Alta eficiencia y sencillez del sistema
    tractor. Eliminación de partes mecánicas en
    movimiento, caja de cambios, diferencial, ejes de
    transmisión. Disposición del par máximo
    desde el momento inicial de arranque. Libres de mantenimiento.
    Sistemas silenciosos.

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    6  APLICACIONES
    -         Sillas de
    ruedas. -        
    Bicicletas. – Triciclos.
    -         Scooters.
    -        
    Automóviles.
    -         Autobuses.
    -         Camiones…

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